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1、(10)申请公布号 CN 103523737 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103523737 A (21)申请号 201310509538.0 (22)申请日 2013.10.25 B81B 3/00(2006.01) B81C 1/00(2006.01) (71)申请人 黑龙江大学 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府 路 74 号 (72)发明人 邱成军 陈晓洁 曲伟 卜丹 林连冬 (74)专利代理机构 哈尔滨东方专利事务所 23118 代理人 陈晓光 (54) 发明名称 基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器及 其制作方法 (57) 摘要 基于 ME。
2、MS的叉指间隙梁结构能量收集器及 其制作方法。目前， MEMS技术能量回收研究过程 中， 面临的微米尺度空隙悬臂梁上 PZT薄膜制备 难题， 对实现能量收集器批量化生产存在制约。 本 发明方法包括 ： 顶层 PZT复合膜梁和两个底层支 撑硅梁， 所述的顶层 PZT复合膜梁和底层支撑硅 梁的两端分别连接质量块和固定块 ； 其中， 所述 的顶层PZT复合膜梁包括PZT梁层， 以及与所述的 PZT梁层的上下层分别连接的上金属电极和下金 属电极。本发明用于微电子机械器件。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申。
3、请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103523737 A CN 103523737 A 1/2 页 2 1. 一种基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器， 其组成包括 ： 顶层 PZT 复合膜梁， 其 特征是 ： 所述的顶层PZT复合膜梁下方具有两个底层支撑硅梁， 所述的顶层PZT复合膜梁和 底层支撑硅梁的两端分别连接质量块和固定块 ； 其中， 所述的顶层PZT复合膜梁包括PZT梁 层， 以及与所述的 PZT 梁层的上下层分别连接的上金属电极和下金属电极。 2. 根据权利要求 1 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器， 其特征是 ： 所述的 顶。
4、层 PZT 复合膜梁的宽度与两个底层支撑硅梁的宽度之和等于所述的质量块的宽度 ； 所述 的两个底层支撑硅梁间空隙的宽度与所述的顶层 PZT 复合膜梁的宽度相同。 3.一种基于MEMS的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 其特征是 ： 首先， 利用PZT 薄膜制备方法和 MEMS 体硅方法， 将矩形硅基上刻蚀出立体间隙空腔结构， 并使上下两层结 构形成空隙悬臂梁结构， 制备成顶层 PZT 复合膜梁和两个底层支撑硅梁的立体空隙硅梁结 构 ； 之后， 将振动源对顶层 PZT 复合膜产生的大部分机械能转化为有效电能输出， 并提高响 应频率 ； 同时， 通过调整顶层 PZT 复合膜梁自由端上质量块的形。
5、状， 调整顶层 PZT 复合膜梁 与底层支撑硅梁之间的距离， 实现叉指梁结构能量收集器谐振频率范围和扩大器件频响范 围的调整。 4. 根 据 权 利 要 求 3 所 述 的 基 于 MEMS 的 叉 指 间 隙 梁 结 构 能 量 收 集 器 的 制 作 方 法，其 特 征 是 ： 所 述 的 PZT 薄 膜 制 备 方 法 是，选 用 厚 度 为 330 -550的 SOI 硅片并且其中间二氧化硅层厚度为 1 微米， 首先在其上淀积厚度分别 为 250 纳米和 20 纳米的 Cr 和 Au 作为下金属电极 ； 第二， 利用溶胶 - 凝胶方法制作 PZT 材 料并将其旋涂在所述的下金属电极处 。
6、； 第三， 采用相同淀积方法再在所述的 SOI 硅片另一 面淀积 Cr 和 Au 形成上金属电极 ； 第四， 在 PZT 材料两侧自顶向下采用干法刻蚀， 形成 100 微米厚的底层支撑梁， 再利用背面刻蚀技术， 形成5微米厚的顶层PZT复合膜梁 ； 第五， 在顶 层 PZT 复合膜梁和底层支撑梁之间形成空隙层， 同时形成固定端和质量块。 5. 根据权利要求 3 或 4 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 其特征是 ： 所述的溶胶 - 凝胶制备方法是， 首先将 0.5 摩尔的硝酸锆 (Zr(NO3)45H2O) 溶于 3.5 摩尔的乙二醇单甲醚 (CH3OCH2CH2O。
7、H) 溶液中直至澄清透明 ； 同时将钛酸四 正丁脂 (Ti(OC4H9)4) 溶于乙二醇单甲醚 (CH3OCH2CH2OH) 溶液中， 并加入乙酰丙酮 (CH3COCH2COCH3) 作为稳定剂充分混合 ； 之后将硝酸锆 (Zr(NO3)45H2O) 和钛酸四正丁脂 (Ti(OC4H9)4)的两种先驱溶液混合， 并在80条件下充分搅拌回流50分钟后， 将醋酸铅和 醋酸的混合溶液加入两种先驱混合溶液中， 加入一定量的 H2O， 在 85下充分搅拌回流 80 分钟， 制得澄清透明的淡黄色溶胶。 6. 根据权利要求 3 或 4 或 5 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方 法， 。
8、其特征是 ： 在 Cr/Au 金属层上增加 PT 过渡层， 首先， 通过匀胶机在 Au/Cr/ Si 衬底上涂 覆一层澄清 PT 溶胶形成 PT 湿凝胶膜 ； 然后， 将 PT 湿凝胶膜放入高温炉中， 在 300 -350 热解干燥处理 5 分钟后形成干凝胶膜， 再经 650 -700处理 1-3 分钟形成结晶化的 PT 种 子层， 之后， 在 PT 种子层上涂覆一层 PZT 溶胶后， 放入高温管式炉中 450下热解干燥处理 30 分钟 ； 如此重复交替涂覆 PZT 膜 5-8 次， 当膜厚达到所需厚度时， 经 700处理 5-15 分钟 形成PZT膜 ； 最后， 再按照第一步制备PT薄膜的方。
9、法， 在顶层PZT复合膜上制备一或二层PT 膜， 使其表面更加平整并提高 PZT 膜的结晶化程度和电学性质。 7. 根据权利要求 3 或 4 或 5 或 6 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制 权 利 要 求 书 CN 103523737 A 2 2/2 页 3 作方法， 其特征是 ： 根据环境中振动源频率的不同， 制备叉指间隙梁结构能量收集器阵列， 主动匹配目标频率或多频率响应， 完成能量转换， 扩大环境频率耦合范围 ； 另外， 在特殊需 要的场合可利用超声主动供能方式完成高频响应下器件能量供给。 权 利 要 求 书 CN 103523737 A 3 1/5 页 4 基于 。
10、MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器及其制作方法 0001 技术领域 ： 本发明涉及一种基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器及其制作方法。 0002 背景技术 ： 微电子技术飞速发展使得芯片功耗足够小， 已达到纳、 微瓦量级水平， 组成的芯片级集 成微系统也在微、 毫瓦量级， 随着这些微系统应用领域的拓展， 与之配套的电能提供问题成 为制约其进一步发展的关键。 这些系统需要自供给、 免维护的供电方式进行工作， 以彻底摆 脱电源线以及可充电电池的束缚。为解决微系统供能的瓶颈问题， 开展从环境中获取能量 进而转换为电能的能量收集器研究， 此项研究具有十分重要的应用价值。能量收集是指从 日常环。
11、境中存在的光照、 化学、 温度梯度、 机械振动获取能量， 进而转换成电能。 在上述涉及 的各种形式的能源中， 振动能具有存在范围广、 能量密度高、 局限小等优点， 成为能量回收 转换研究的重点。 0003 目前， MEMS 技术能量回收研究过程中， 面临的微米尺度空隙悬臂梁上 PZT 薄膜制 备难题， 对实现能量收集器批量化生产存在制约。 0004 发明内容 ： 本发明的目的是提供一种基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器及其制作方法。 0005 上述的目的通过以下的技术方案实现 ： 一种基于MEMS的叉指间隙梁结构能量收集器， 其组成包括 ： 顶层PZT复合膜梁， 所述的 顶层 PZT 。
12、复合膜梁下方具有两个底层支撑硅梁， 所述的顶层 PZT 复合膜梁和底层支撑硅梁 的两端分别连接质量块和固定块 ； 其中， 所述的顶层 PZT 复合膜梁包括 PZT 梁层， 以及与所 述的 PZT 梁层的上下层分别连接的上金属电极和下金属电极。 0006 所述的基于MEMS的叉指间隙梁结构能量收集器， 所述的顶层PZT复合膜梁的宽度 与两个底层支撑硅梁的宽度之和等于所述的质量块的宽度 ； 所述的两个底层支撑硅梁间空 隙的宽度与所述的顶层 PZT 复合膜梁的宽度相同。 0007 一种基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 首先， 利用 PZT 薄膜制 备方法和 MEMS 体硅方法，。
13、 将矩形硅基上刻蚀出立体间隙空腔结构， 并使上下两层结构形成 空隙悬臂梁结构， 制备成顶层 PZT 复合膜梁和两个底层支撑硅梁的立体空隙硅梁结构 ； 之 后， 将振动源对顶层 PZT 复合膜产生的大部分机械能转化为有效电能输出， 并提高响应频 率 ； 同时， 通过调整顶层 PZT 复合膜梁自由端上质量块的形状， 调整顶层 PZT 复合膜梁与底 层支撑硅梁之间的距离， 实现叉指梁结构能量收集器谐振频率范围和扩大器件频响范围的 调整。 0008 所述的基于MEMS的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 所述的PZT薄膜制备 方法是， 选用厚度为 330-550的 SOI 硅片并且其中间二氧化硅层厚。
14、度为 1 微米， 首先在其上淀积厚度分别为 250 纳米和 20 纳米的 Cr 和 Au 作为下金属电极 ； 第二， 利用溶 胶-凝胶方法制作PZT材料并将其旋涂在所述的下金属电极处 ； 第三， 采用相同淀积方法再 在所述的 SOI 硅片另一面淀积 Cr 和 Au 形成上金属电极 ； 第四， 在 PZT 材料两侧自顶向下采 用干法刻蚀， 形成100微米厚的底层支撑梁， 再利用背面刻蚀技术， 形成5微米厚的顶层PZT 说 明 书 CN 103523737 A 4 2/5 页 5 复合膜梁 ； 第五， 在顶层 PZT 复合膜梁和底层支撑梁之间形成空隙层， 同时形成固定端和质 量块。 0009 所述。
15、的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 所述的溶胶 - 凝胶 制备方法是， 首先将 0.5 摩尔的硝酸锆 (Zr(NO3)45H2O) 溶于 3.5 摩尔的乙二醇单甲醚 (CH3OCH2CH2OH) 溶液中直至澄清透明 ； 同时将钛酸四正丁脂 (Ti(OC4H9)4) 溶于乙二醇单 甲醚 (CH3OCH2CH2OH) 溶液中， 并加入乙酰丙酮 (CH3COCH2COCH3) 作为稳定剂充分混合 ； 之 后将硝酸锆 (Zr(NO3)45H2O) 和钛酸四正丁脂 (Ti(OC4H9)4) 的两种先驱溶液混合， 并在 80条件下充分搅拌回流 50 分钟后， 将醋酸铅和醋酸的混合溶液。
16、加入两种先驱混合溶液 中， 加入一定量的 H2O， 在 85下充分搅拌回流 80 分钟， 制得澄清透明的淡黄色溶胶。 0010 所述的基于MEMS的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 在Cr/Au金属层上增 加 PT 过渡层， 首先， 通过匀胶机在 Au/Cr/ Si 衬底上涂覆一层澄清 PT 溶胶形成 PT 湿凝胶 膜 ； 然后， 将PT湿凝胶膜放入高温炉中， 在300-350热解干燥处理5分钟后形成干凝胶 膜， 再经 650 -700处理 1-3 分钟形成结晶化的 PT 种子层， 之后， 在 PT 种子层上涂覆一 层PZT溶胶后， 放入高温管式炉中450下热解干燥处理30分钟 ； 如此重。
17、复交替涂覆PZT膜 5-8次， 当膜厚达到所需厚度时， 经700处理5-15分钟形成PZT膜 ； 最后， 再按照第一步制 备 PT 薄膜的方法， 在顶层 PZT 复合膜上制备一或二层 PT 膜， 使其表面更加平整并提高 PZT 膜的结晶化程度和电学性质。 0011 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 根据环境中振动源 频率的不同， 制备叉指间隙梁结构能量收集器阵列， 主动匹配目标频率或多频率响应， 完成 能量转换， 扩大环境频率耦合范围 ； 另外， 在特殊需要的场合可利用超声主动供能方式完成 高频响应下器件能量供给。 0012 有益效果 ： 1. 本发明设计制作的叉指。
18、间隙梁结构能量收集器与其它振动能量收集器相比， 具有 顶层 PZT 复合膜梁和两个底层支撑硅梁的双层结构， 整个能量收集器的制作工艺简单， 更 适于能量收集器的微型化、 集成化以及批量生产 ； 本发明的关键是利用 MEMS 工艺制备叉 指间隙梁结构， 使悬臂梁的结构多层化， 从原来的单层结构增加到两层， 形成上下层间空隙 的同时， 底层间还可形成一个空隙， 形成三叉结构。上下层间空隙降低中性层的位置， 调整 器件整体厚度， 增大器件的刚度， 提高能量输出效率， 而底层间的空隙则增加了器件的稳定 性。同时， 还能够通过设计质量块形状调整谐振频率， 提高能量收集器固有谐振频率。 0013 2. 本。
19、发明采用MEMS工艺手段研制的叉指间隙梁结构能量收集器采用溶胶-凝胶 技术制备 PZT 材料， 具有工艺简单、 与硅基衬底兼容性好的特点。通过增加 PT 过渡层， 提高 压电模式下 d31 系数， 减小介电常数， 保证器件在剪切模式下， PZT 材料有更匹配的压电特 性， 提高输出能量效率。 0014 3. 本发明采用半导体微机械加工工艺， 具有结构和工艺简单可批量生产， 功耗低 等优点， 可以根据环境中振动源频率的不同， 制备叉指间隙梁能量收集器阵列， 主动匹配目 标频率或多频率响应， 完成能量转换， 扩大拓宽环境频率耦合范围 ； 在振动能源不足的情况 下， 通过调节系统参数， 提高频响范围。
20、， 利用超声主动供能方式完成高频响应下器件能量供 给， 从而实现器件的实用意义上的自供能、 免维护功能。通过调整参数， 叉指间隙梁能量收 集器阵列可以在低频段发生谐振响应， 也可以在高频段发生谐振响应， 实现宽频段响应， 利 说 明 书 CN 103523737 A 5 3/5 页 6 于 MEMS 器件集成化、 便携化的发展。 0015 利用基于 MEMS 技术制备的采集环境振动能量， MEMS 结构的能量收集器具有体积 小、 可与集成微系统兼容的特点， 可以实现自供能、 免维护的供电方式， 不仅在国防军事具 有重要的意义， 在国民经济的其他领域也具有重大应用价值。在众多微型压电能量收集器 。
21、的热点问题中， 与微系统结构和尺度相匹配的问题是提高系统能量转换效率和输出效率、 复合 PZT 薄膜制备、 PZT 薄膜制备工艺与 MEMES 工艺兼容等问题。利用薄膜技术制备硅基 一体化的具有复合膜结构的能量收集器， 可以提高 PZT 材料与衬底间的附着力， 同时解决 微米尺度空隙悬臂梁上 PZT 薄膜的制备难题， 实现能量收集器批量化生产， 具有很好的发 展前景。 0016 附图说明 ： 附图 1 是本发明涉及的叉指间隙梁结构能量收集器的整体结构示意图。 0017 附图 2 是本发明涉及的顶层 PZT 复合膜梁的剖面结构示意图。 0018 附图3是本发明涉及的叉指间隙梁结构能量收集器发生时。
22、S形弯曲变形时的结构 示意图。 0019 附图 4 是本发明涉及的叉指间隙梁结构能量收集器发生纯弯曲变形时的结构示 意图。 0020 具体实施方式 ： 实施例 1 ： 一种基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器， 其组成包括 ： 顶层 PZT 复合膜梁 1， 所述 的顶层PZT复合膜梁下方具有两个底层支撑硅梁2， 所述的顶层PZT复合膜梁和底层支撑硅 梁的两端分别连接质量块 3 和固定块 4 ； 其中， 所述的顶层 PZT 复合膜梁包括 PZT 梁层 5， 以 及与所述的 PZT 梁层的上下层分别连接的上金属电极 6 和下金属电极 7。 0021 当器件发生振动时， 梁发生 S 形弯曲 （。
23、附图 3） 和纯弯曲 （附图 4） ， S 形弯曲时， 由于 材料的不同， 上下梁的应力不同， 弯曲程度也不同， PZT 梁弯曲程度更大， 导致产生电荷量增 多， 转换效率更高， 底部双梁的结构保证了器件整体稳定性， 当器件受到较大冲击力时， 具 有一定的保护作用。 0022 实施例 2 ： 实施例 1 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器， 所述的顶层 PZT 复合膜梁的 宽度与两个底层支撑硅梁的宽度之和等于所述的质量块的宽度 ； 所述的两个底层支撑硅梁 间空隙的宽度与所述的顶层 PZT 复合膜梁的宽度相同。 0023 实施例 3 ： 一种基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集。
24、器的制作方法， 首先， 利用 PZT 薄膜制备方 法和 MEMS 体硅方法， 将矩形硅基上刻蚀出立体间隙空腔结构， 并使上下两层结构形成空隙 悬臂梁结构， 制备成顶层 PZT 复合膜梁和两个底层支撑硅梁的立体空隙硅梁结构 ； 之后， 将 振动源对顶层 PZT 复合膜产生的大部分机械能转化为有效电能输出， 并提高响应频率 ； 同 时， 通过调整顶层PZT复合膜梁自由端上质量块的形状， 调整顶层PZT复合膜梁与底层支撑 硅梁之间的距离， 实现叉指梁结构能量收集器谐振频率范围和扩大器件频响范围的调整。 0024 实施例 4 ： 实施例 3 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法，。
25、 所述的 PZT 薄膜 说 明 书 CN 103523737 A 6 4/5 页 7 制备方法是， 选用厚度为 330-550的 SOI 硅片并且其中间二氧化硅层厚度为 1 微 米， 首先在其上淀积厚度分别为 250 纳米和 20 纳米的 Cr 和 Au 作为下金属电极 ； 第二， 利用 溶胶-凝胶方法制作PZT材料并将其旋涂在所述的下金属电极处 ； 第三， 采用相同淀积方法 再在所述的 SOI 硅片另一面淀积 Cr 和 Au 形成上金属电极 ； 第四， 在 PZT 材料两侧自顶向下 采用干法刻蚀， 形成 100 微米厚的底层支撑梁， 再利用背面刻蚀技术， 形成 5 微米厚的顶层 PZT 复合。
26、膜梁 ； 第五， 在顶层 PZT 复合膜梁和底层支撑梁之间形成空隙层， 同时形成固定端 和质量块。 0025 下金属电极采用硅微机械加工技术时， 利用旋涂方式在叉指间隙梁结构能量收集 器上制备 PZT 复合膜， 利用 MEMS 工艺制作的基于 PZT 材料的微谐振梁能量收集器具有 PZT 材料与硅材料工艺一体化制作的特点， 减少工艺流程， 降低工艺复杂性， 易于 MEMS 能量收 集器的集成化、 批量化生产。 0026 实施例 5 ： 实施例 3 或 4 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 所述的溶 胶 - 凝胶制备方法是， 首先将 0.5 摩尔的硝酸锆 (Zr(NO。
27、3)4 5H2O) 溶于 3.5 摩尔的乙二醇 单甲醚 (CH3OCH2CH2OH) 溶液中直至澄清透明 ； 同时将钛酸四正丁脂 (Ti(OC4H9)4) 溶于乙 二醇单甲醚 (CH3OCH2CH2OH) 溶液中， 并加入乙酰丙酮 (CH3COCH2COCH3) 作为稳定剂充分 混合 ； 之后将硝酸锆 (Zr(NO3)45H2O) 和钛酸四正丁脂 (Ti(OC4H9)4) 的两种先驱溶液混 合， 并在 80条件下充分搅拌回流 50 分钟后， 将醋酸铅和醋酸的混合溶液加入两种先驱混 合溶液中， 加入一定量的 H2O， 在 85下充分搅拌回流 80 分钟， 制得澄清透明的淡黄色溶 胶。 0027 。
28、实施例 6 ： 实施例 3 或 4 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 在 Cr/Au 金 属层上增加PT过渡层， 首先， 通过匀胶机在Au/Cr/ Si衬底上涂覆一层澄清PT溶胶形成PT 湿凝胶膜 ； 然后， 将PT湿凝胶膜放入高温炉中， 在300-350热解干燥处理5分钟后形成 干凝胶膜， 再经 650 -700处理 1-3 分钟形成结晶化的 PT 种子层， 之后， 在 PT 种子层上 涂覆一层 PZT 溶胶后， 放入高温管式炉中 450下热解干燥处理 30 分钟 ； 如此重复交替涂 覆 PZT 膜 5-8 次， 当膜厚达到所需厚度时， 经 700处理 5-15 。
29、分钟形成 PZT 膜 ； 最后， 再按 照第一步制备 PT 薄膜的方法， 在顶层 PZT 复合膜上制备一或二层 PT 膜， 使其表面更加平整 并提高 PZT 膜的结晶化程度和电学性质。 0028 利用 PT 过渡层生长利于 d31 晶向的 PZT 材料， 提高材料的压电系数， 提高空隙梁 的剪切模式下材料的能量输出转换效率。 0029 实施例 7 ： 实施例 3 或 4 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 根据环境中 振动源频率的不同， 制备叉指间隙梁结构能量收集器阵列， 主动匹配目标频率或多频率响 应， 完成能量转换， 扩大环境频率耦合范围 ； 另外， 在特殊需要的。
30、场合可利用超声主动供能 方式完成高频响应下器件能量供给。 0030 实施例 8 ： 实施例 3 或 4 所述的基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的制作方法， 该叉指间隙 梁结构能量收集器的工作原理如下 ： 说 明 书 CN 103523737 A 7 5/5 页 8 基于 MEMS 的叉指间隙梁结构能量收集器的基本工作原理是压电效应， 即压电材料工 作于传感器模式在外界振动激励作用下发生形变， 引起材料内部应力的变化， 其内部电荷 发生位移从而产生了电场， 从而完成机械能到电能的转换。电材料压电方程可以简单的表 达为 ： （1） 其中 Tp 为机械应力 ； Sp 为机械应变 ； p 为。
31、压电材料的介电常数 ； E 为电场强度 ； D 为 电位移矢量 ； 为柔顺系数 ； dp 为压电常数。由于受到应力的方向不同， 压电材料的响应 也不同 ； 因此有两种主要的机电耦合模式 ： d31 模式和 d33 模式。 0031 d31 压电模式下， 收集电荷压电材料的上下表面需要制作正负平板式电极， 因为压 电材料产生的电场方向与所施加的应力方向是垂直的 ； d33 压电模式下， 压电材料产生的 电场方向与所施加的应力方向是相同的， 这就需要在压电材料的上表面制作一系列叉指电 极 (IDE)。 0032 由于d31模式的平行板电极的电极面积远大于d33模式下的叉指电极面积， 故d31 模式。
32、下的电荷输出会高于d33模式。 另一方面， 由于d33模式下压电悬臂梁需要采用叉指电 极， 这样器件的电容就会非常小， 输出阻抗非常大， 因此外接电路时的阻抗匹配非常困难， 因此， 选择 d31 模式作为压电振动能量采集器的压电工作模式。 0033 与传统意义上的悬臂梁结构不同， 当在垂直方向上有一个加速度时， 质量块发生 位置改变， 梁也会发生相应的形变， 与传统的悬臂梁不同， 该结构梁的变形被看做是既存在 纯弯曲变形， 也存在 S 形弯曲变形， 从而使大多数机械能有效的用于对 PZT 施加拉力。 0034 因此空隙梁结构悬臂梁有助于集中 PZT 中的大部分能量， 从而使电荷输出的值最 大化。 0035 通过推导尺寸与频率间的关系式有 ： （2） 这里为纯弯曲时的刚度， 为 PZT 梁与质量块之间的长度比， 为纯弯曲和 S 形 弯曲时的刚度比， m 为质量块的质量 ； 由式 （2） 可以看出， 频率与梁尺寸呈非线性关系， 因 此， 通过调整悬臂梁尺寸可以实现提高频率响应。 说 明 书 CN 103523737 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103523737 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103523737 A 10 。